随着国民经济的快速发展,中压大功率变频器的研究与应用正成为电力电子行业一个新的研究方向。在大功率变频器领域,多电平变频器具有许多独特的优点,其中级联式多电平变频器是多电平变频器一种最具有发展前途的类型,该类变频器单元几乎全采用三电平H桥型单元。本文研究工作获得国家“863”计划课题“电机变频调速系统的集成优化技术研究”项目支撑,目标是研究与设计中压五电平功率单元级联变频器。这种变频器所需单元数比较传统三电平单元级联型变频器大大减少,输出波形质量更好。论文介绍了五电平功率单元级联变频器的主电路拓扑结构特点、探讨了输入移相整流技术,运用坐标变换的方法推导和分析了单元级联变频器及异步电机矢量控制系统的数学模型。研究和比较了级联式变频器的几种PWM算法的特点,并选取载波相移层叠混合PWM方式为变频器的控制方式。提出了三点式五电平功率单元的开关控制策略,以及单元平衡控制的解决方案。并研究了矢量控制方法在中压级联变频器系统的应用。研究和完成了控制系统的软件、硬件方案设计,对于系统的两级旁路保护与实现、在线故障识别系统,DSP/CPLD冗余控制系统等关键技术进行了研究。同时对采取该变频器供电的异步电机PWM控制系统和异步电机矢量控制系统分别进行了仿真研究,成功研制了中压五电平单元级联变频器样机。在不同负载和不同实验条件下对变频器样机进行了满功率大电流实验,结果表明五电平功率单元级联变频器输出稳定,动态响应好,得到了满意的预期效果。论文最后对研究工作进行了总结,并提出了一些需要进一步探讨和解决的问题。